В этом примере показано, как использовать методологию Модельно-ориентированное проектирование, чтобы преодолеть проблему обмена спецификациями, проектной информацией и моделями верификации между несколькими командами проектировщиков, работающими над одним проектом. В примере используется простой проект: исполняемая спецификация, которая инкапсулирует информацию от всех команд. Пример включает в себя информацию о том, как использовать Toolbox™ обработки сигналов, Toolbox™ системы DSP, Toolbox™ связи, RF- Toolbox™ и RF- Blockset™ в многодоменной конструкции.
Фигура 1: Преодоление зазора между RF и системными инженерами
Модельно-ориентированное проектирование использует системную модель в центре процесса разработки. Перед разбиением модели системного уровня на различные команды проектировщиков исходная системная модель, разработанная системным инженером, проверяется на соответствие требованиям и стандартам. С проверенной исполняемой спецификацией без ошибок, проект и реализация идут гладко. По мере развития проекта верификация может включать совместное моделирование и тестирование с оборудованием в цикле.
Фигура 2: Модельно-ориентированное проектирование - системная модель находится в центре процесса разработки
Вместо того, чтобы говорить обо всех элементах потока разработки, этот пример фокусируется на том, как Модельно-ориентированное Проектирование помогает вашим командам инженеров. Идея состоит в том, чтобы позволить системному инженеру первоначально создать исполняемую спецификацию в форме модели Simulink, которая может быть распространена среди команд проектировщиков. Команда, такая как команда РФ, разработает подсистему, извлекет модель верификации и импортирует ее в RF Toolbox. Затем группа RF возвращает решение системному инженеру, который переоценивает общую эффективность системы с нарушениями подсистемы RF. Команды проектировщиков могут идти туда и обратно, итерация, чтобы найти оптимальное решение по мере проекта. Возможно, радиочастотная секция может использовать более эффективное или менее дорогостоящее устройство, если алгоритмы обработки сигналов изменены. Или, возможно, небольшое увеличение длины слова с фиксированной точкой может высвободить часть предусмотренных в бюджете потерь реализации и позволить использовать более дешевый компонент RF. Возможности межотраслевой оптимизации усиливаются этим Модельно-ориентированным проектированием методологией.
open('rfb_receiver_0.slx')
В rfb_receiver_0.slx модели показан вид модели Communication System Toolbox, которая вдохновила на создание библиотеки RF Blockset Equivalent Baseband. Обратите внимание, что это простая модель для иллюстративных целей. Communications Toolbox включает более сложные модели WCDMA, 802.11, DVB-S2 и т.д. Однако представленные концепции могут быть применены и к более сложным моделям.
Простая система радиосвязи состоит из источника сообщений, модулятора QAM, корневого фильтра приподнятого косинуса и канала AWGN. Модель является исполняемой спецификацией и используется для проверки спецификации на соответствие требованиям и критериям приемки: «В BER 1e-3 Eb/No должен быть не больше, чем 1dB выше теоретической границы для 16QAM.»
Для проверки спецификации можно использовать ранее сохраненный файл сеанса BERTool rfb_receiver_0.ber. Чтобы найти этот файл, введите следующую команду в подсказке MATLAB
which rfb_receiver_0.ber
Откройте BERTool с помощью команды MATLAB bertool. Из файла = = > Открыть сеанс... перейдите к сохраненному сеансу rfb_receiver_0.ber. Теперь нажмите на вкладку Monte Carlo, а затем нажмите на кнопку Run. Генерируется рисунок, подобная приведенной ниже:
Фигура 3: BER по сравнению с Eb/No график без искажений RF
Eb/No для заданного значения BER немного выше теоретической границы из-за потерь реализации. (В данном случае основная потеря происходит из-за конечной длины корневых приподнятых косинусоидных фильтров.) Но деградация находится в пределах критериев принятия.
open('rfb_receiver_1.slx')
Давайте разработаем базовую модель и посмотрим, как она изменяется с дополнительным уточнением с помощью компонентов RF Blockset. Первым шагом является замена блока AWGN блоком потерь пути (показан на предыдущем рисунке голубым цветом); это снизит уровень сигнала вблизи конца значения области значений. Потеря пути (в дБ), необходимая для снижения мощности модуля (1W) до заданного значения Eb/No (также в дБ) на входе приемника, является:
path_loss = 10*log10(k*T_ref*B*M) + EbNo + NF
где k - константа Больцмана (~ 1.38e-23 J/K), T_ref - стандартная эталонная температура шума IEEE ® (290K), B - шумовая полоса пропускания (~ 50 МГц в этом случае), и NF - шум приемника, рисунка в дБ.
Затем включаются подсистема приемника с голубым цветом и блоки AGC. Блок AGC является следствием использования реалистичных уровней сигнала, требуемых демодулятором.
open('rfb_receiver_1.slx') open_system('rfb_receiver_1/RF Receiver')
Теперь исследуйте подсистему RF Receiver, которая является каскадной моделью супергетеродинного приемника. Приемник использует блоки из библиотеки RF Blockset Equivalent Baseband. Сигнал Simulink входит в область RF через блок шлюза «Input Port». Заметьте, что коннекторы после шлюза отличаются. Стандартные стрелы Simulink были заменены соединительными линиями RF. Это, чтобы напомнить нам, что RF-сигналы являются двунаправленными. Приемник является каскадом компонентов, каждый из которых представлен как 2-портовая сеть: фильтр, LNA, миксер и полоса IF. Порт Выхода, в этом случае, является не только шлюзом назад в Simulink, но и представляет идеальный квадратурный смеситель преобразования вниз. Вот среда или архитектура для приемника, который еще не спроектирован. Создана исполняемая спецификация для инженера RF. Каждый каскад подсистемы RF включает в себя бюджет для общего усиления, шума и нелинейности, как показано на следующем рисунке.
Фигура 4. Спецификация параметров блоков усилителей
В качестве примера бюджетирования рассмотрим фильтр переднего плана на приведенном выше рисунке. S-параметры заданы в одной частотной точке с помощью первого элемента массива gainVec, который был введен в базовое рабочее пространство с помощью PostLoadFcn * на вкладке Callbacks на панели свойств модели. Каждый элемент массива относится к этапу, поэтому индекс 1 относится к первому этапу. Значения для OIP3, на вкладке данные, и для Noise Figure, на вкладке Noise data, заданы аналогично.
Фигура 5. Спецификация комплексных параметров симуляции в эквивалентной основной полосе частот
Теперь откройте блок Input port. Этот порт содержит параметры, которые применяются к общей подсистеме RF. Узкополосный подход моделирования используется, чтобы захватить внутриполосные эффекты, которые влияют на нисходящие блоки обработки сигналов. Область значений частот задается через параметр Center frequency, параметр Шага расчета (который является 1/Bandwidth) и параметр Finite impulse response filter length (который является длиной фильтров импульсной характеристики, которые используются при моделировании RF- компонентов). Фильтр с более длинной временной областью даст более мелкое разрешение частотного диапазона в пределах заданной полосы пропускания. Чтобы смоделировать несоответствие на входе первого компонента, входной импеданс также задан здесь. Заметьте флажок «Добавить шум». Чтобы включить шум в симуляцию, необходимо установить этот флажок «Добавить шум».
Фигура 6: Моделирование шума с библиотекой эквивалентной основной полосы RF Blockset
Блок AWGN моделирует общий шум как отношение сигнал/шум. Напротив, блоки из библиотеки RF Blockset Equivalent Baseband моделируют шум путем добавления шумового вклада каждого блока индивидуально. Для каждого блока шум моделируется с помощью соответствующей формулировки, определяемой набором шумовых параметров, подаваемых для этого блока. После вычисления шума для каждого блока разрабатывается общая модель шума системы. Эта общая модель включает положение каждого блока в каскаде (то есть включает усиление последующих этапов).
Фигура 7: BER по сравнению с Eb/No график с искажениями RF
Графики BER от Eb/No, сравнивающие теоретические, базовые и базовые модели с RF-нарушениями, приведены на фигуре 7. Это простой рисунок удобства, обеспечиваемый методологией Модельно-ориентированного проектирования. На данной точке процесса была разработана исполняемая спецификация. Настоящие спецификации будут использоваться группами для проектирования своих подсистем. В случае подсистемы RF абстрактные блоки RF будут заменены дискретными компонентами. По мере реализации каждого блока RF его эффект на критерии проекта системы может быть оценено.
bdclose('rfb_receiver_0'); bdclose('rfb_receiver_1');